機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：第2章 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性(試講)

1、湘潭大學(xué)專用第第4章章 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)41 連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)42 平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用43 有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)44 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)湘潭大學(xué)專用41 連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)用實(shí)例：內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)、鶴式吊鶴式吊、火車輪火車輪、急回沖床急回沖床、牛頭刨床牛頭刨床、翻箱機(jī)翻箱機(jī)、橢圓儀橢圓儀、機(jī)械機(jī)械手爪手爪、自卸貨車翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)自卸貨車翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、沖壓沖壓、刮雨器刮雨器、車車門門、攪拌機(jī)攪拌機(jī)、折疊傘、床、牙膏筒拔管機(jī)、單車、折疊傘、床、牙膏筒拔管機(jī)、單

2、車、開窗開窗等等特征：特征：有一作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，稱為連桿。有一作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，稱為連桿。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 采用低副。面接觸、承載大、便于潤(rùn)滑、不易磨損采用低副。面接觸、承載大、便于潤(rùn)滑、不易磨損 形狀簡(jiǎn)單、易加工。形狀簡(jiǎn)單、易加工。改變桿的相對(duì)長(zhǎng)度，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同。改變桿的相對(duì)長(zhǎng)度，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同。連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。構(gòu)件呈構(gòu)件呈“桿桿”狀、傳遞路線長(zhǎng)。狀、傳遞路線長(zhǎng)。湘潭大學(xué)專用缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副多，累積誤差大、運(yùn)動(dòng)精度低、效率低構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副多，累積誤差大、運(yùn)動(dòng)精度低、效率低。產(chǎn)生動(dòng)載荷（慣性力），不適合高速。產(chǎn)生動(dòng)載荷（慣性力），不適合

3、高速。難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡。難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡。分類分類:平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu) 2 3常以構(gòu)件數(shù)命名：常以構(gòu)件數(shù)命名：四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)、多桿機(jī)構(gòu)多桿機(jī)構(gòu)。本章重點(diǎn)內(nèi)容是介紹四桿機(jī)構(gòu)。本章重點(diǎn)內(nèi)容是介紹四桿機(jī)構(gòu)。湘潭大學(xué)專用42 平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用1.平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式基本型式基本型式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，其它四桿機(jī)構(gòu)都是由它演變得到的，其它四桿機(jī)構(gòu)都是由它演變得到的名詞解釋：名詞解釋：曲柄曲柄作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；三種基本型式：三種基本型式：（1 1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)特征：特征：

4、曲柄搖桿曲柄搖桿作用：作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)。將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)。如如飛飛剪、雷達(dá)天線。剪、雷達(dá)天線。連桿連桿作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件；作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件；連架桿連架桿與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件；與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件；搖桿搖桿作定軸擺動(dòng)的構(gòu)件；作定軸擺動(dòng)的構(gòu)件；周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副能作能作360 360 相對(duì)回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)副；相對(duì)回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)副；擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副只能作有限角度擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。只能作有限角度擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。曲柄曲柄連桿連桿搖桿搖桿湘潭大學(xué)專用（2 2）雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)特征特征：兩個(gè)曲柄：兩個(gè)曲柄作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樽饔茫簩⒌人倩剞D(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人俚人倩蚧蜃兯僮兯倩剞D(zhuǎn)。如回轉(zhuǎn)。如慣性篩慣性

5、篩等。等。雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)曲柄主動(dòng)曲柄主動(dòng) 1動(dòng)畫動(dòng)畫ABDC1243ABDC12432143縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu) 動(dòng)畫動(dòng)畫搖桿主動(dòng)搖桿主動(dòng)3124湘潭大學(xué)專用ABDC1234E6耕地耕地料斗料斗DCAB實(shí)例：實(shí)例：火車輪火車輪慣性篩機(jī)構(gòu)慣性篩機(jī)構(gòu) 動(dòng)畫動(dòng)畫特例：特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)AB = CD特征：特征：兩連架桿等長(zhǎng)且平行，連桿作平動(dòng)兩連架桿等長(zhǎng)且平行，連桿作平動(dòng)香皂成型機(jī)。香皂成型機(jī)。BC = ADABCD31BCABDC耕地耕地料斗料斗DCAB、攝影平臺(tái)攝影平臺(tái)ADBC、天平天平、播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)湘潭大學(xué)專用為避免在共線位置出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確

6、定，為避免在共線位置出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定，采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列。采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列。反平行四邊形機(jī)構(gòu)反平行四邊形機(jī)構(gòu)-車門開閉機(jī)構(gòu)車門開閉機(jī)構(gòu) 動(dòng)畫動(dòng)畫反向反向AEDGBFCABEFDCG湘潭大學(xué)專用湘潭大學(xué)專用ABDCE（3 3）雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)特征：特征：兩個(gè)搖桿兩個(gè)搖桿應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：鑄造翻箱機(jī)構(gòu)鑄造翻箱機(jī)構(gòu)特例：特例：等腰梯形機(jī)構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等腰梯形機(jī)構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)ABDCBCABDC風(fēng)扇座風(fēng)扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機(jī)電機(jī)電機(jī)電機(jī)ABDC風(fēng)扇座風(fēng)扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機(jī)電機(jī)ABDC風(fēng)扇座風(fēng)扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿ABDCEABDCE湘潭大學(xué)專用湘潭大學(xué)專用2.2

7、.平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式(1) (1) 改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu) 正弦機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)ss=l sin 湘潭大學(xué)專用(2)(2)改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸(3)(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架選不同的構(gòu)件為機(jī)架動(dòng)畫動(dòng)畫1 、偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用應(yīng)用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)湘潭大學(xué)專用小型刨床小型刨床牛頭刨床牛頭刨床應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例

8、ABDCE123456ABDC1243C2C1湘潭大學(xué)專用(3)(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架選不同的構(gòu)件為機(jī)架搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)314A2BC導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)ACB1234應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例B234C1A自卸卡車舉升機(jī)構(gòu)自卸卡車舉升機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例B34C1A2應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例4A1B23C應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例13C4AB2應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例A1C234B湘潭大學(xué)專用(3)(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架選不同的構(gòu)件為機(jī)架搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)314A2BC導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)手搖

9、唧筒手搖唧筒BC3214AABC3214湘潭大學(xué)專用(4)(4)運(yùn)動(dòng)副元素的逆換運(yùn)動(dòng)副元素的逆換將低副兩運(yùn)動(dòng)副元素的包容關(guān)系進(jìn)行逆換，不影響兩將低副兩運(yùn)動(dòng)副元素的包容關(guān)系進(jìn)行逆換，不影響兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。橢圓儀機(jī)構(gòu)橢圓儀機(jī)構(gòu)例：選擇雙滑塊機(jī)構(gòu)中的不同構(gòu)件例：選擇雙滑塊機(jī)構(gòu)中的不同構(gòu)件 作為機(jī)架可得不同的機(jī)構(gòu)作為機(jī)架可得不同的機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng)擺動(dòng)搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)3214123443213214湘潭大學(xué)專用湘潭大學(xué)專用43 有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)1.1.平面平面四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件有曲柄的條件設(shè)設(shè)

10、adadad，同理有：，同理有： da, db, dcabdcCBADB”C”則由則由BCD可得：可得：三角形任意兩邊之和大于第三邊則由則由B”C”D可得：可得：a+db+cc(d-a)+ b即即: a+bd+c即即: a+cd+bAB為最短桿為最短桿AD為最短桿為最短桿ad中必有一個(gè)是機(jī)架最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和其他兩桿長(zhǎng)度之和cbd-a湘潭大學(xué)專用2.連架桿或機(jī)架之一為最短桿。連架桿或機(jī)架之一為最短桿。可知：當(dāng)滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)可知：當(dāng)滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是周轉(zhuǎn)副副都是周轉(zhuǎn)副。曲柄存在的條件：曲柄存在的條件：1. 最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和應(yīng)最長(zhǎng)桿與

11、最短桿的長(zhǎng)度之和應(yīng)其他兩桿長(zhǎng)度之和其他兩桿長(zhǎng)度之和此時(shí)，鉸鏈此時(shí)，鉸鏈A為周轉(zhuǎn)副。為周轉(zhuǎn)副。若取若取BC為機(jī)架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈為機(jī)架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈B也是周轉(zhuǎn)副。也是周轉(zhuǎn)副。ABCDabcd 稱為稱為桿長(zhǎng)條件桿長(zhǎng)條件。湘潭大學(xué)專用 當(dāng)滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，說(shuō)明存在周轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的當(dāng)滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，說(shuō)明存在周轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的構(gòu)件作為機(jī)架時(shí)，可得不同的機(jī)構(gòu)。如：構(gòu)件作為機(jī)架時(shí)，可得不同的機(jī)構(gòu)。如：曲柄搖桿曲柄搖桿、 雙曲柄雙曲柄、 雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)。湘潭大學(xué)專用 根據(jù)上述曲柄存在條件可得以下推論：根據(jù)上述曲柄存在條件可得以下推論： 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之鉸鏈四桿機(jī)

12、構(gòu)中，若最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則取最短桿的相鄰桿為機(jī)架時(shí)，得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；取最短桿的相鄰桿為機(jī)架時(shí)，得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；取最短桿為機(jī)架時(shí)，得雙曲柄機(jī)構(gòu)；取最短桿為機(jī)架時(shí)，得雙曲柄機(jī)構(gòu)；取與最短桿相對(duì)的桿為機(jī)架時(shí)，得雙搖桿機(jī)構(gòu)。取與最短桿相對(duì)的桿為機(jī)架時(shí)，得雙搖桿機(jī)構(gòu)。 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和大于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則不論取何桿為機(jī)架和大于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則不論取何桿為機(jī)架時(shí)均無(wú)曲柄存在，而只能得雙搖桿機(jī)構(gòu)。時(shí)均無(wú)曲柄存在，而只能得雙搖桿機(jī)構(gòu)。湘潭大學(xué)專用答案：曲柄搖桿、雙曲柄曲

13、柄搖桿、雙曲柄 、曲柄搖桿、雙搖桿、曲柄搖桿、雙搖桿湘潭大學(xué)專用ABCD2.2.急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)在在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時(shí)，搖桿中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時(shí)，搖桿位于兩個(gè)極限位置，簡(jiǎn)稱極位。位于兩個(gè)極限位置，簡(jiǎn)稱極位。當(dāng)曲柄以當(dāng)曲柄以逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)180180+時(shí)，搖桿從時(shí)，搖桿從C1D位置擺到位置擺到C2D。所花時(shí)間為所花時(shí)間為t1 , , 平均速度為平均速度為V1, ,那么有：那么有：/ )180(1t1211tCCV )180/(21CC曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)3DB1C1AD此兩處曲柄之間所夾的銳角此兩處曲柄之間所夾的銳角 稱

14、為稱為極位夾角極位夾角。C2B2180180湘潭大學(xué)專用當(dāng)曲柄以當(dāng)曲柄以繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)180180-時(shí)，搖桿從時(shí)，搖桿從C2D,置擺到置擺到C1D，180180-B1C1ADC2B2180180所花時(shí)間為所花時(shí)間為t2 , ,平均速度為平均速度為V2 , ,那么有：那么有： 12VVK 180180/ )180(2t因曲柄轉(zhuǎn)角不同，故搖桿來(lái)回因曲柄轉(zhuǎn)角不同，故搖桿來(lái)回?cái)[動(dòng)的時(shí)間不一樣，平均速度擺動(dòng)的時(shí)間不一樣，平均速度也不等。也不等。并且：并且：t t1 1 tt2 2 V V2 2 V V1 1搖桿的這種特性稱為搖桿的這種特性稱為急回運(yùn)動(dòng)急回運(yùn)動(dòng)。用以下比值表示急回程度：。用以下比值表示急

15、回程度：21tt稱稱K為為行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)。2212tCCV )180/(21CC122121tCCtCC且且越大，越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。值越大，急回性質(zhì)越明顯。只要只要 0 ， 就有就有 KK1所以可通過(guò)分析機(jī)構(gòu)中是否存在以及的大小來(lái)判斷機(jī)構(gòu)是否有急回運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的程度。湘潭大學(xué)專用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性的急回特性應(yīng)用：應(yīng)用：空行程節(jié)省運(yùn)動(dòng)時(shí)間，如空行程節(jié)省運(yùn)動(dòng)時(shí)間，如牛頭刨牛頭刨、往復(fù)式輸送機(jī)等。、往復(fù)式輸送機(jī)等。180180180180-導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的急回特性的急回特性180180180180-思考題：思考題： 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性如何？對(duì)心曲柄滑塊

16、機(jī)構(gòu)的急回特性如何？11180KK:180180可得由K對(duì)于需要有急回運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，常常是根據(jù)需要的行程速比系數(shù)K, 先求出 ，然后在設(shè)計(jì)各構(gòu)件的尺寸。湘潭大學(xué)專用3. .四桿機(jī)構(gòu)的壓力角與傳動(dòng)角四桿機(jī)構(gòu)的壓力角與傳動(dòng)角壓力角壓力角 在如圖所示的四桿機(jī)構(gòu)中，若不考慮各運(yùn)動(dòng)副中的摩擦角及構(gòu)件重力和在如圖所示的四桿機(jī)構(gòu)中，若不考慮各運(yùn)動(dòng)副中的摩擦角及構(gòu)件重力和慣性力的影響，由主動(dòng)件慣性力的影響，由主動(dòng)件AB經(jīng)過(guò)連桿經(jīng)過(guò)連桿BC傳遞到從動(dòng)件傳遞到從動(dòng)件CD上點(diǎn)上點(diǎn)C的力的力 ，將沿，將沿BC方向。連方向。連桿為二力桿，力桿為二力桿，力F可分解為沿受力點(diǎn)可分解為沿受力點(diǎn)C速度方向的分力速度方向的分力 及

17、垂直速度方向的分力。設(shè)及垂直速度方向的分力。設(shè)力力F與受力點(diǎn)與受力點(diǎn)C的絕對(duì)的絕對(duì)速度速度vc方向之間所夾銳角為方向之間所夾銳角為CDBA傳動(dòng)角傳動(dòng)角 壓力角的余角稱為傳動(dòng)角，壓力角的余角稱為傳動(dòng)角，用用 表示，表示， =90-（連桿（連桿BC與從動(dòng)件與從動(dòng)件CD所所夾的銳角）。夾的銳角）。 FV湘潭大學(xué)專用PPt PnABCDminmin出現(xiàn)的位置：出現(xiàn)的位置：3. .四桿機(jī)構(gòu)的壓力角與傳動(dòng)角四桿機(jī)構(gòu)的壓力角與傳動(dòng)角切向分力切向分力: : F Ft t= Fcos= Fcos法向分力法向分力: : F Fn n= Fcos= Fcos F Ft t可用可用的大小來(lái)表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞的大

18、小來(lái)表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞, ,對(duì)傳動(dòng)有利對(duì)傳動(dòng)有利。為了保證機(jī)構(gòu)良好的傳力性能，設(shè)計(jì)時(shí)要求為了保證機(jī)構(gòu)良好的傳力性能，設(shè)計(jì)時(shí)要求: :當(dāng)當(dāng)BCD90BCD90時(shí)，時(shí)，BCDBCD當(dāng)當(dāng)BCD90BCD90時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)BCDBCD最小或最大時(shí)，最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)都有可能出現(xiàn)minmin此位置一定是：此位置一定是：= Fsin= Fsin稱稱為為傳動(dòng)角傳動(dòng)角minmin5050 180180- BCD- BCD主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一。主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一。CDBAF湘潭大學(xué)專用由余弦定律有：由余弦定律有： BB1 1C C1 1D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2

19、-(d-a)-(d-a)2 2/2bc/2bc BB2 2C C2 2D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d+a)-(d+a)2 2/2bc/2bc若若BB1 1C C1 1D90D90, ,則則若若BB2 2C C2 2D90D90, , 則則1 1BB1 1C C1 1D D2 2180180-B-B2 2C C2 2D D機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角一般在運(yùn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角一般在運(yùn)動(dòng)鏈最終一個(gè)從動(dòng)件上動(dòng)鏈最終一個(gè)從動(dòng)件上度量。度量。1 1C1B1abcdminminBB1 1C C1 1D, 180D, 180-B-B2 2C C2 2DDminmin2 2機(jī)構(gòu)的壓力角例題湘潭大學(xué)專用

20、F4. .四桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)四桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)搖桿為主動(dòng)件，搖桿為主動(dòng)件，且連桿與且連桿與曲柄兩次共線曲柄兩次共線時(shí)時(shí)，有：，有：此時(shí)此時(shí)機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng). .避免措施：避免措施： 兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列，如兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列，如火車輪機(jī)構(gòu)火車輪機(jī)構(gòu); ;F稱此位置為：稱此位置為：“死點(diǎn)死點(diǎn)” 如如縫紉縫紉機(jī)機(jī)0 0靠靠飛輪的慣性飛輪的慣性（如（如飛輪曲柄滑塊飛輪曲柄滑塊、內(nèi)然機(jī)、內(nèi)然機(jī)、縫紉機(jī)縫紉機(jī)等）。等）。AEDGBFCABEFDCG湘潭大學(xué)專用ABCD1234P鉆孔夾具鉆孔夾具 動(dòng)畫動(dòng)畫也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作： 起落架、鉆夾具等起落架、鉆夾具等。工件工件ABCD1234工

21、件工件P=0=0TABDC飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架 動(dòng)畫動(dòng)畫ABCDF=0=0湘潭大學(xué)專用 急回運(yùn)動(dòng)復(fù)習(xí)急回運(yùn)動(dòng)復(fù)習(xí)2壓力角、傳動(dòng)角及死點(diǎn)壓力角、傳動(dòng)角及死點(diǎn)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)湘潭大學(xué)專用44 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1.連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題3. 用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)2.用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)2.2按兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)2.1按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)2.4按給定的行程速比系數(shù)按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)4. 用實(shí)驗(yàn)法和圖譜法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)用實(shí)驗(yàn)

22、法和圖譜法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)湘潭大學(xué)專用44 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1.連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題 機(jī)構(gòu)選型機(jī)構(gòu)選型根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇機(jī)構(gòu)的類型；根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇機(jī)構(gòu)的類型；尺度綜合尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)(長(zhǎng)度尺寸長(zhǎng)度尺寸)。 同時(shí)要滿足其他輔助條件：同時(shí)要滿足其他輔助條件：b)動(dòng)力條件（如動(dòng)力條件（如minmin）;c)運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件等。運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件等。三類設(shè)計(jì)要求：三類設(shè)計(jì)要求：1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如起落架起落架。2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如滿足預(yù)定的連桿位置要

23、求，如鑄造翻箱機(jī)構(gòu)鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。3)滿足預(yù)定的軌跡要求，如滿足預(yù)定的軌跡要求，如鶴式起重機(jī)鶴式起重機(jī)、攪拌機(jī)攪拌機(jī)等。等。湘潭大學(xué)專用飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架 動(dòng)畫動(dòng)畫函數(shù)機(jī)構(gòu)函數(shù)機(jī)構(gòu)ADCBBC要求兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)要求兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足函數(shù)滿足函數(shù) y=logxxy=logxABCD湘潭大學(xué)專用鶴式起重機(jī)鶴式起重機(jī)攪拌機(jī)構(gòu)攪拌機(jī)構(gòu)要求連桿上要求連桿上E點(diǎn)的軌點(diǎn)的軌跡為一條卵形曲線跡為一條卵形曲線要求連桿上要求連桿上E點(diǎn)的軌點(diǎn)的軌跡為一條水平直線跡為一條水平直線QABCDEQCBADE湘潭大學(xué)專用給定的設(shè)計(jì)條件：給定的設(shè)計(jì)條件：1)幾何條件幾何條件（給定連架桿

24、或連桿的位置）（給定連架桿或連桿的位置）2)運(yùn)動(dòng)條件運(yùn)動(dòng)條件（給定（給定K）3)動(dòng)力條件動(dòng)力條件（給定（給定minmin）設(shè)計(jì)方法：設(shè)計(jì)方法：解析法、圖解法解析法、圖解法湘潭大學(xué)專用4.4.1. 用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)4.4.1.1 按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)a)給定連桿兩組位置給定連桿兩組位置 動(dòng)畫動(dòng)畫有唯一解。有唯一解。c )給定連桿四組位置給定連桿四組位置B1C1B2C2AD將鉸鏈將鉸鏈A、D分別選在分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設(shè)計(jì)要求。位置都能滿足設(shè)計(jì)要求。b)給定連桿上鉸鏈給定連桿上鉸鏈

25、BC的三組位置的三組位置 動(dòng)畫動(dòng)畫有唯一解，但設(shè)計(jì)復(fù)雜，不討論。有唯一解，但設(shè)計(jì)復(fù)雜，不討論。有無(wú)窮多組解。有無(wú)窮多組解。ADB1C1B2C2B3C3AD湘潭大學(xué)專用4.4.1.2 按給定的行程速比系數(shù)按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)a) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) 2計(jì)算計(jì)算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);已知已知：CD桿長(zhǎng)，擺角桿長(zhǎng)，擺角及及K，設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。步驟如下：此機(jī)構(gòu)。步驟如下：任取一點(diǎn)任取一點(diǎn)D D，作等腰三角形腰長(zhǎng)，作等腰三角形腰長(zhǎng) 為為CDCD，夾角為，夾角為;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P P C1C2的外接

26、圓，則的外接圓，則A A點(diǎn)必在此圓上。點(diǎn)必在此圓上。選定選定A A，設(shè)曲柄為，設(shè)曲柄為a a，連桿為，連桿為b b，則，則A A C1=a+b,=a+b,以以A A為圓心，為圓心，A A C2為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得： a=EC1/ 2 b= A b= A C1EC1/ 290-PAEC1C2A A C2=b-a=b-a，故有：，故有： a=( A A C1A A C2)/ 2D C2C1P=90, ,交于交于P;P;湘潭大學(xué)專用按行程速比設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按行程速比設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)湘潭大學(xué)專用22aC1C2e按給定的行程速比系數(shù)按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)b

27、) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)H90-oAE已知已知K K，滑塊行程，滑塊行程H H，偏距，偏距e e，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu) 。計(jì)算計(jì)算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);作作C1 C2 H H作射線作射線C1O O 使使C2C1O=90, ,以以O(shè) O為圓心，為圓心，C1O O為半徑作圓。為半徑作圓。以以A A為圓心，為圓心，A A C1為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得： a=EC2/ 2 b= A b= A C2EC2/ 2作射線作射線C2O O使使C1C2 O=90。90-作偏距線作偏距線e e，交圓弧于，交圓弧于A A，即為所求。，即為所求。湘潭大學(xué)專用

28、mnAD=D按給定的行程速比系數(shù)按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)c) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)由于由于與與導(dǎo)桿擺角導(dǎo)桿擺角相等，設(shè)計(jì)此相等，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄 a。計(jì)算計(jì)算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);任選任選D D作作mDnmDn，取取A A點(diǎn)，使得點(diǎn)，使得AD=d, AD=d, 則則: : a=dsin(a=dsin(/2)/2)。=Ad作角分線作角分線; ;設(shè)已知：機(jī)架長(zhǎng)度設(shè)已知：機(jī)架長(zhǎng)度d，K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。湘潭大學(xué)專用4.4.2. 用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)思路：思路：首先建立包含機(jī)構(gòu)的各尺

29、度參數(shù)和運(yùn)動(dòng)變量在首先建立包含機(jī)構(gòu)的各尺度參數(shù)和運(yùn)動(dòng)變量在內(nèi)的解析關(guān)系式，然后根據(jù)已知的運(yùn)動(dòng)變量求解所需內(nèi)的解析關(guān)系式，然后根據(jù)已知的運(yùn)動(dòng)變量求解所需的機(jī)構(gòu)尺度參數(shù)。的機(jī)構(gòu)尺度參數(shù)。按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)湘潭大學(xué)專用xyABCD12342. 用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)構(gòu)給定連架桿對(duì)應(yīng)位置：給定連架桿對(duì)應(yīng)位置：即即構(gòu)件構(gòu)件3和和構(gòu)件構(gòu)件1滿足以下位置關(guān)系：滿足以下位置關(guān)系：2i 1i 3i 00abcd建立坐標(biāo)系建立坐標(biāo)系, ,設(shè)構(gòu)件長(zhǎng)度為設(shè)構(gòu)件長(zhǎng)度為a b c d,1 13,3,的起始角為的起

30、始角為0 0、0 0 在在x,yx,y軸上投影可得：軸上投影可得： a+b=c+d機(jī)構(gòu)尺寸比例放大時(shí)，不影響各構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)尺寸比例放大時(shí)，不影響各構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)角 acoc(1i+0 )+bcos2i = d+ccos(3i+0 ) asin(1i+0 )+bsin2i = csin(3i+0 )令：令： a/a=1 b/a=m c/a=n d/a=l 3i3if (1i 1i ) i=1,2,3n設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)( (求各構(gòu)件長(zhǎng)度求各構(gòu)件長(zhǎng)度) )。湘潭大學(xué)專用帶入移項(xiàng)得：帶入移項(xiàng)得： mcos2 i= l+ncos(3i+0 )cos(1i+0 )消去消去2i2i整理得：整理得

31、：cos(cos(1i1i+0 0) )ncos(3i+0 )-(n/l) cos(3i+0-1i -0 ) +(l2+n2+1-m2)/(2l)令 p0=n, p1= -n/l, p2=(l2+n2+1-m2)/(2l)則上式簡(jiǎn)化為：則上式簡(jiǎn)化為：coccoc( (1i1i+0 0 ) )P0cos(3i+0 ) p1 cos(3i+0 -1i -0 )+ p2式中包含有式中包含有p0，p1，p2，0，0五個(gè)待定參數(shù)五個(gè)待定參數(shù), ,故四桿機(jī)構(gòu)最多故四桿機(jī)構(gòu)最多可按兩連架桿的五組對(duì)應(yīng)未知精確求解。可按兩連架桿的五組對(duì)應(yīng)未知精確求解。當(dāng)當(dāng)i5i5時(shí)，一般不能求得精確解，只能用最小二乘法近似求解

32、。時(shí)，一般不能求得精確解，只能用最小二乘法近似求解。當(dāng)當(dāng)i5i5時(shí)，可預(yù)定部分參數(shù)，有無(wú)窮多組解。時(shí)，可預(yù)定部分參數(shù)，有無(wú)窮多組解。msin2 i= nsin(3i+0 )sin(1i+0 )湘潭大學(xué)專用舉例：舉例：設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)滿足連架桿三組對(duì)應(yīng)位置：設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)滿足連架桿三組對(duì)應(yīng)位置：11 11 3131 12 12 3232 13 13 33334545 50 50 90 90 80 80 135 135 110 110B3C3B2C2111131311212323213133333設(shè)預(yù)選參數(shù)設(shè)預(yù)選參數(shù)0、00，帶入方程得：帶入方程得： cos90cos90= = P P0 0cos80cos80+ +P P1 1cos(80cos(80-90-90)+ )+ P P2 2 cos135cos135= = P P0 0cos110cos110+ +P P1 1cos(110cos(110-135-135)+ )+ P P2 2解得相對(duì)長(zhǎng)度解得相對(duì)長(zhǎng)度: : P P0 0 =1.533, =1.533, P P1 1=-1.0628, =-1.0628, P P2 2=0.7805=0.7805各桿相對(duì)長(zhǎng)度為：各桿相對(duì)長(zhǎng)度為： n= P0 =1.553, l=-n/ P1 =1.